一种记忆合金驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高能效、高频响的记忆合金驱动系统。半导体制冷片置于热水和冷水的两个箱体之间，每个箱体和半导体制冷片接触一面的内壁设有散热片，两个箱体均和第一二位三通电磁阀的两个输入端连接，输水软管绕制成螺旋状并且内部置有SMA弹簧，第一二位三通电磁阀连接到水泵输入端，水泵输出端和输水软管连接，输水软管经输水管道和第二二位三通电磁阀连接，第二二位三通电磁阀输出端分别和两个箱体连接。本发明专利技术选取有利于结构微型化的半导体制冷片为例，同时起到加热热水箱和冷却冷水箱的效果，以很小的耗能得到驱动SMA元件所需的冷热水，通过传感器引入了温度反馈和位移反馈，对SMA元件相变时产生的位移量进行精确控制，有着很好的节能效果。

A Memory Alloy Driving System with High Energy Efficiency and High Frequency Response

The invention discloses a memory alloy drive system with high energy efficiency and high frequency response. Semiconductor refrigeration sheet is placed between two boxes of hot water and cold water. The inner wall of each box and the contact side of the semiconductor refrigeration sheet is provided with radiator. Both boxes are connected with the two input ends of the first and second three-way solenoid valve. The water delivery hose is wound into a spiral shape with SMA spring inside. The first and second three-way solenoid valve is connected to the input end of the pump, and the output end of the pump and the water delivery soft. The pipe is connected, the hose is connected by the pipeline and the second three-way solenoid valve, and the output end of the second two three-way solenoid valve is connected with two boxes respectively. The invention takes the semiconductor refrigerating sheet which is beneficial to the miniaturization of the structure as an example, and has the effect of heating the hot water tank and cooling the cold water tank at the same time. The cold and hot water needed to drive the SMA element can be obtained with very small energy consumption. Temperature feedback and displacement feedback are introduced through the sensor to precisely control the displacement generated during the phase transformation of the SMA element, which has a good energy-saving effect.

【技术实现步骤摘要】
一种高能效、高频响的记忆合金驱动系统
专利技术涉及一种记忆合金驱动系统，更准确的说，是一种基于热泵工作的高效能、高频响的记忆合金驱动系统。
技术介绍
形状记忆合金驱动技术是一种区别于传统电磁驱动的新型驱动技术，形状记忆合金用于驱动器，主要是利用材料高温相和低温相相互转变过程中产生的变形和回复力，来完成驱动。形状记忆合金驱动器集传感器、驱动和执行机构与一体，有着结构简单、控制方便和低能耗等特点。相比于传统的直流步进电机驱动，使用形状记忆合金可以在很小体积的情况下实现很大的力输出。形状记忆合金驱动器一般包括记忆合金驱动元件和执行机构两部分，通过将形状记忆合金加工为螺旋状、丝状和片状等，可大大扩展其适用范围，满足不同的运动形式要求。形状记忆合金驱动器在工作时，需要对记忆合金元件进行循环的加热和冷却。传统的方式有电加热配合空冷，但此方式的升温和降温速率不高，从而限制了SMA元件的响应频率；此外还有用水热和水冷等手段对SMA元件进行强制对流换热，其特点是需要不断地提供特定温度的冷热水。这些方式的特点是涉及到了SMA加热和冷却两个过程，而现有的方式中加热和冷却过程都是分开进行的，加热和冷却过程均需要消耗很多的能量，因此能量利用效率不高。
技术实现思路
针对传统记忆合金驱动响应慢，能量利用率不高的不足，本专利技术提出了一种高能效、高频响的记忆合金驱动系统。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术包括箱体、散热片、温度传感器、作为热泵的半导体制冷片、第一二位三通电磁阀、水泵、软管接头、位移传感器、SMA弹簧、输水软管、输水管道和第二二位三通电磁阀；半导体制冷片置于两个箱体之间，两个箱体分别容置热水和冷水，每个箱体和半导体制冷片接触一面的内壁设有散热片，两个箱体均经各自的管道分别和第一二位三通电磁阀的两个输入端连接，输水软管绕制成螺旋状并且内部置有SMA弹簧，第一二位三通电磁阀的一个输出端连接到水泵输入端，水泵输出端和输水软管一端的软管接头连接，输水软管另一端的软管接头经输水管道和第二二位三通电磁阀的一个输入端连接，第二二位三通电磁阀的两个输出端分别经各自的管道和两个箱体连接。容置热水的箱体内形成热水区，容置冷水的箱体内形成冷水区。上述除了输水软管及其软管接头、SMA弹簧以外的各个部件结构构成了SMA驱动系统。还包括位移传感器、温度传感器和控制器，SMA弹簧附近处安装有位移传感器，容置热水的箱体内安装有温度传感器，控制器分别和半导体制冷片、温度传感器、第一二位三通电磁阀、水泵、位移传感器和第二二位三通电磁阀连接；通过控制器向两个电磁阀发送不同的控制信号，进行不同的控制方式，控制器对第一二位三通电磁阀施加PWM脉冲信号，对第二二位三通电磁阀施加开关信号；检测SMA弹簧的形变位移和容置热水的箱体内温度反馈，控制器通过PWM脉冲信号控制第一二位三通电磁阀对热水和冷水水量配比进行调节，从而可控制输水管道里的水温，进而对SMA弹簧相变时产生的位移量进行精确控制。半导体制冷片的两端涂上导热硅脂和箱体外壁接触连接。半导体制冷片的冷端连接接触容置热水的箱体，半导体制冷片的热端连接接触容置热水的箱体。箱体内壁采用保温材料包覆；第一二位三通电磁阀、水泵和第二二位三通电磁阀均内部均采用隔热材料，以降低系统热量损失，减少系统中间环节的热量损失。本专利技术的输水软管具有很好的柔性，可随着记忆合金弹簧同步的伸长或收缩；选用的SMA弹簧具有受热收缩的性质，采用具有单程记忆效应的记忆合金制作，相比于双程记忆效应的记忆合金丝，具有工作更加稳定可靠的特点。在核心的供水驱动模块中，内置了关键元件半导体制冷片，可作为热泵工作，与之配套的有冷热水箱、水箱内的保温材料、电磁阀、水泵、温度传感器、位移传感器及相关的控制系统。控制系统可通过相关电路控制电磁阀的工作方式来调节整个供水回路以及水温，通过控制水泵的工作流速可控制SMA弹簧工作时的响应速度，并可根据温度传感器的反馈实时调整半导体制冷片的开启关闭，根据位移传感器的反馈调节加热水温以控制SMA弹簧相变时产生的位移。本专利技术中的半导体制冷片，是热泵一种。半导体制冷片中，当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端，即同时达到了制冷和制热的效果。半导体制冷片作为热泵，将冷水区的热量传递至热水区，达到了同时对热水区加热和冷水区制冷的效果，以较小的能耗同时获得SMA弹簧驱动所需要的冷热水，同时，在半导体制冷片的两端装了散热片，提高了传热效率。本专利技术在记忆合金驱动系统中采用了半导体制冷片，进行记忆合金驱动的加热和冷却过程中，原理上能大幅提高能效。本专利技术的有益效果是：SMA元件形状各异，本专利技术以最常用的SMA弹簧为例，采用了热水和冷水对SMA弹簧进行强制对流换热，大大提高了响应速度；同时在供水模块采用半导体制冷片作为热泵，可同时获得驱动所需的冷水和热水，提高了能量利用率，并通过传感器引入温度反馈和位移反馈，达到了对SMA弹簧输出位移的精确控制。附图说明图1为本专利技术的驱动系统原理结构图；图2为本专利技术的一个应用实例结构图。图中：箱体1、散热片2、温度传感器3、半导体制冷片4、第一二位三通电磁阀5、水泵6、软管接头7、位移传感器8、SMA弹簧9、输水软管10、输水管道11、第二二位三通电磁阀12、滑块13、导轨14、转动关节15、驱动带16、普通偏置弹簧17。具体实施方式下面结合附图1具体阐述本专利技术的工作原理图1为该记忆合金驱动系统原理图，如图1所示，本专利技术系统主要包括箱体1、散热片2、温度传感器3、作为热泵的半导体制冷片4、第一二位三通电磁阀5、水泵6、软管接头7、位移传感器8、SMA弹簧9、输水软管10、输水管道11和第二二位三通电磁阀12；半导体制冷片4置于两个箱体1之间，箱体1内壁采用保温材料包覆，两个箱体1分别容置热水和冷水，容置热水的箱体1内形成热水区，容置冷水的箱体1内形成冷水区。第一二位三通电磁阀5实质为两进一出，第二二位三通电磁阀12实质为一进两出。每个箱体1和半导体制冷片4接触一面的内壁设有散热片2/导冷片，以提高导热效率，两个箱体1均经各自的管道分别和第一二位三通电磁阀5的两个输入端连接，输水软管10绕制成螺旋状并且内部置有SMA弹簧9，SMA弹簧即形状记忆合金制成的弹簧，第一二位三通电磁阀5的一个输出端连接到水泵6输入端，水泵6输出端和输水软管10一端的软管接头7连接，输水软管10另一端的软管接头7经输水管道11和第二二位三通电磁阀12的一个输入端连接，第二二位三通电磁阀12的两个输出端分别经各自的管道和两个箱体1连接。上述除了输水软管10及其软管接头7、SMA弹簧9以外的各个部件结构构成了SMA驱动系统。具体实施还采用了位移传感器8、温度传感器3和控制器，SMA弹簧9附近处安装有位移传感器8，容置热水的箱体1内安装有温度传感器3，控制器分别和半导体制冷片4、温度传感器3、第一二位三通电磁阀5、水泵6、位移传感器8和第二二位三通电磁阀12连接；通过控制器向两个电磁阀发送不同的控制信号，进行不同的控制方式，控制器对第一二位三通电磁阀5施加PWM脉冲信号，对第二二位三通电磁阀12施加开关信号；检测SMA弹簧9的形变位移和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高能效、高频响的记忆合金驱动系统，其特征在于：包括箱体(1)、散热片(2)、温度传感器(3)、作为热泵的半导体制冷片(4)、第一二位三通电磁阀(5)、水泵(6)、软管接头(7)、位移传感器(8)、SMA弹簧(9)、输水软管(10)、输水管道(11)和第二二位三通电磁阀(12)；半导体制冷片(4)置于两个箱体(1)之间，两个箱体(1)分别容置热水和冷水，每个箱体(1)和半导体制冷片(4)接触一面的内壁设有散热片(2)，两个箱体(1)均经各自的管道分别和第一二位三通电磁阀(5)的两个输入端连接，输水软管(10)绕制成螺旋状并且内部置有SMA弹簧(9)，第一二位三通电磁阀(5)的一个输出端连接到水泵(6)输入端，水泵(6)输出端和输水软管(10)一端的软管接头(7)连接，输水软管(10)另一端的软管接头(7)经输水管道(11)和第二二位三通电磁阀(12)的一个输入端连接，第二二位三通电磁阀(12)的两个输出端分别经各自的管道和两个箱体(1)连接。

【技术特征摘要】
1.一种高能效、高频响的记忆合金驱动系统，其特征在于：包括箱体(1)、散热片(2)、温度传感器(3)、作为热泵的半导体制冷片(4)、第一二位三通电磁阀(5)、水泵(6)、软管接头(7)、位移传感器(8)、SMA弹簧(9)、输水软管(10)、输水管道(11)和第二二位三通电磁阀(12)；半导体制冷片(4)置于两个箱体(1)之间，两个箱体(1)分别容置热水和冷水，每个箱体(1)和半导体制冷片(4)接触一面的内壁设有散热片(2)，两个箱体(1)均经各自的管道分别和第一二位三通电磁阀(5)的两个输入端连接，输水软管(10)绕制成螺旋状并且内部置有SMA弹簧(9)，第一二位三通电磁阀(5)的一个输出端连接到水泵(6)输入端，水泵(6)输出端和输水软管(10)一端的软管接头(7)连接，输水软管(10)另一端的软管接头(7)经输水管道(11)和第二二位三通电磁阀(12)的一个输入端连接，第二二位三通电磁阀(12)的两个输出端分别经各自的管道和两个箱体(1)连接。2.根据权利要求1所述的一种高能效、高频响的记忆合金驱动系统，其特征在于：还包括位移传感器(8)、温度传感器(3)和控制器，SMA弹簧(9)附近处安装有位移传感器(8)，容置热水的箱体(1)内安装有温度传感器(3)，控制器分别和半导体制冷片(4)、温度传感器(3)、第一二位三通电磁阀(5)、水泵(6)、位移传感器(8)和第二二位三通电磁阀(12)连接；通过控制器向两个电磁阀发送不同的控制信号，进行不同的控制方式，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王林翔，胡宇天，应子翔，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33